沖擊回波法檢測(cè)PPT課件

1、沖擊回波法 一 概述 二 沖擊回波法原理 三 沖擊回波法相對(duì)的特點(diǎn) 四 檢測(cè)中應(yīng)注意的問題 五 IES 掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng) 六 PIES便攜式?jīng)_擊回波測(cè)試儀 七 總結(jié)第1頁/共20頁一 概述 混凝土在載荷和外界環(huán)境的作用下會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷。其中內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展使混凝土強(qiáng)度下降并最終導(dǎo)致混凝土的破壞。目前常用的質(zhì)量檢測(cè)的方法主要是鉆芯取樣法、回彈法以及超聲波法，雷達(dá)法等。每種方法都有自己的適用范圍和局限性。目前，許多混凝土結(jié)構(gòu)，如路面、機(jī)場(chǎng)跑道、底板、護(hù)坡、擋土墻、筏型基礎(chǔ)、隧道襯砌、大壩等，只存在單一測(cè)試面，而從事砼結(jié)構(gòu)評(píng)估、修補(bǔ)工作的工程師們往往對(duì)以上結(jié)構(gòu)砼的厚度比較重視，因?yàn)檫@

2、些結(jié)構(gòu)砼的厚度如達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，將會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度及其耐久性，造成工程隱患，甚至引起嚴(yán)重工程事故，所以用無損檢測(cè)方法測(cè)試結(jié)構(gòu)砼的厚度是有重要意義和實(shí)用價(jià)值的。無損檢測(cè)方法很多，為了檢測(cè)只存在單一測(cè)試面的結(jié)構(gòu)砼的厚度及其內(nèi)部缺陷，國際上從八十年代中期開始研究一種新的無損檢測(cè)方法-沖擊回波法。沖擊-回波法應(yīng)用于砼構(gòu)筑物無損檢測(cè)，具有簡(jiǎn)便、快速、設(shè)備輕便、干擾小、可重復(fù)測(cè)試等特點(diǎn)。第2頁/共20頁 沖擊回波法是基于應(yīng)力波的一種檢測(cè)結(jié)構(gòu)厚度、缺陷的無損檢測(cè)方法。在20世紀(jì)80年代，國外的一些專家就對(duì)該方法進(jìn)行了研究。沖擊回波技術(shù)發(fā)展非常迅速，目前已有IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)、帶表面波的沖擊回波系統(tǒng)

3、、超薄沖擊回波檢測(cè)系統(tǒng)等多種類型，可根據(jù)工程需要進(jìn)行選擇。IES是IE技術(shù)發(fā)展的一大突破，不僅可以快速連續(xù)檢測(cè)，而且增加了檢測(cè)項(xiàng)目如預(yù)應(yīng)力管灌漿情況等，此外還可對(duì)結(jié)構(gòu)厚度、缺陷進(jìn)行三維成像。表面波型沖擊回波系統(tǒng)無需取芯標(biāo)定，就可準(zhǔn)確檢測(cè)混凝土的厚度。超薄型沖擊回波系統(tǒng)可檢測(cè)最小厚度約5cm的板狀結(jié)構(gòu)，拓寬了沖擊回波方法的厚度檢測(cè)范圍。目前應(yīng)用比較廣泛的沖擊回波法是IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)。第3頁/共20頁 二 沖擊回波法原理 沖擊回波法是利用一個(gè)短時(shí)的機(jī)械沖擊（用一個(gè)小鋼球或小錘輕敲混凝土表面）產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波，應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，被缺陷和構(gòu)件底面反射回來，這些反射波被安裝在沖擊點(diǎn)附近的傳感

4、器接收下來（如圖1所示）并被送到一個(gè)內(nèi)置高速數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理的便攜式儀器。將所記錄的信號(hào)進(jìn)行幅值譜分析，譜圖中的明顯峰正是由于沖擊表面、缺陷及其它外表面之間的多次反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振所致，它可以被識(shí)別出來并被用來確定結(jié)構(gòu)砼的厚度和缺陷位置。圖1 沖擊-回波法原理圖 第4頁/共20頁 上述原理圖中，接收器接收到反射波后，通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換將時(shí)域數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻域數(shù)據(jù)，然后確定回波的頻率峰值F，深度計(jì)算結(jié)構(gòu)的厚度或缺陷D = (b * VP)/2f（其中b是形狀系數(shù)，對(duì)板/墻來說是，對(duì)于梁和柱該值更小，根據(jù)厚度和寬度的比值確定，VP是壓縮波波速）。圖2給出了無缺陷處和有缺陷處的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。圖2說明：上

5、圖：無缺陷處只有一個(gè)頻率峰值，可獲得厚度信息下圖：缺陷處存在多個(gè)頻率峰值，可根據(jù)曲線形狀判斷缺陷性質(zhì)及深度圖2：無缺陷和有缺陷頻域圖比較第5頁/共20頁三 沖擊回波方法相對(duì)于超聲波方法的優(yōu)點(diǎn) 1、沖擊回波方法只需一個(gè)測(cè)試面，而超聲波方法需兩個(gè)測(cè)試面，這在很多情況下很難做到。 2、沖擊回波方法使用比超聲波更低頻的聲波（IE頻率范圍通常在220 kHz），這使得沖擊回波方法避免了超聲波測(cè)試中遇到的高信號(hào)衰減（high signal attenuation）和過多雜波干擾問題。 3、沖擊回波方法不需耦合劑，單手即可操作，標(biāo)定后每個(gè)測(cè)點(diǎn)直接得出結(jié)構(gòu)厚度或缺陷位置、深度信息。而超聲波方法需耦合劑，兩個(gè)探

6、頭加大了操作的難度。同時(shí)需大量數(shù)據(jù)對(duì)比才能確定缺陷的位置，但不能確定缺陷深度。 4、沖擊回波方法最深可測(cè)180cm的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于超聲波方法測(cè)試同樣厚度將非常困難，特別是兩個(gè)測(cè)試面不易接觸的情況下。 由以上可以看出，IE沖擊回波方法具有超聲波方法無可比擬的優(yōu)越性，該方法將隨著技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，成為混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)的一個(gè)重要方法。第6頁/共20頁四、檢測(cè)中應(yīng)注意的問題 1）表面處理 一般路面施工都有一道拉毛工序，此道工序會(huì)使砼路面不平整，同時(shí)使得表層產(chǎn)生微裂隙，如果不經(jīng)過任何處理就用沖擊回波法測(cè)厚，很難甚至不能得出結(jié)果，原因之一是傳感器與待測(cè)表面耦合不良，很難接收到信號(hào)，從而使信號(hào)微弱；原因

7、之二是微裂隙的存在使測(cè)試條件更復(fù)雜，所得信號(hào)質(zhì)量不好，雜波較多，有用信號(hào)不突出，所以在檢測(cè)之前，一定要對(duì)表面進(jìn)行處理，用砂輪將待測(cè)點(diǎn)周圍磨平，至少將拉毛層磨掉。第7頁/共20頁2）傳感器的設(shè)計(jì) 用于測(cè)厚的傳感器必須具有較寬的頻帶范圍，以適應(yīng)不同厚度砼的檢測(cè)，另外，傳感器還必須有適宜的靈敏度，使得有用信號(hào)突出，干擾信號(hào)減低到最低限度，從而提高信號(hào)質(zhì)量，使測(cè)試結(jié)果更精確。為此，我們公司研制開發(fā)了一種新型傳感器，專用于砼路面厚度的檢測(cè)。3）沖擊器的選擇 對(duì)于不同厚度的砼板，其瞬態(tài)共振頻率是不一樣的：對(duì)于較厚的砼板，此頻率值較低，對(duì)于較薄的砼板，此頻率值較高，應(yīng)選擇一種能產(chǎn)生相應(yīng)頻率應(yīng)力波但又有足夠的

8、能量的沖擊器，使得砼板能產(chǎn)生瞬態(tài)共振，接收信號(hào)較強(qiáng)且質(zhì)量較高。第8頁/共20頁4）聲速的測(cè)量 在沖擊回波法測(cè)厚時(shí)，聲速的測(cè)量也是至關(guān)重要的-聲速越精確，所得的測(cè)厚結(jié)果就越精確。在實(shí)際應(yīng)用中，聲速的測(cè)量有幾種可行方法：回波法確定混凝土的波速，然后用該波速檢測(cè)結(jié)構(gòu)的其它部位。 直接用沖擊回波法測(cè)量P波波速來確定，此方法允許測(cè)量結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的波速。用超聲平測(cè)法測(cè)量混凝土的聲速（如圖3所示）。在混凝土結(jié)構(gòu)中不同部位的波速往往是變化的，或者在某些情況下其厚度未知，還得進(jìn)行取芯，所以第一種方法不太可取；用第二、三種方法測(cè)得的聲速值比較接近，一般測(cè)試時(shí)優(yōu)先采用第二種方法，除非條件不具備，再考慮采用其他兩種方

9、法。 圖3第9頁/共20頁五 IES 掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)（1）IE和IES簡(jiǎn)單介紹： IE方法一直被公認(rèn)是一種對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)的強(qiáng)大工具，但I(xiàn)E方法的最大局限性是測(cè)試速率較低。一般來說，普通的IE系統(tǒng)每小時(shí)可測(cè)3060個(gè)點(diǎn)，這就限制了該方法只能用于測(cè)試較小、非常關(guān)鍵的部位。掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)的研制成功，徹底解決了該問題。IE測(cè)試可用于評(píng)估板、梁、柱、墻、公路路面、飛機(jī)跑道、隧道和大壩等結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀況。IE方法能夠發(fā)現(xiàn)混凝土、木材、石材和砌體中的孔洞、蜂窩、裂縫、剝離以及其它缺陷。如果已知混凝土構(gòu)件的厚度，IE法可以還預(yù)測(cè)早期混凝土的強(qiáng)度。第10頁/共20頁 以下為沖擊回波檢測(cè)結(jié)構(gòu)的

10、幾個(gè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，其中圖7表面波和沖擊回波聯(lián)合使用，在單面情況下，可準(zhǔn)確獲得混凝土波速，進(jìn)而求得更精確的厚度值 。圖4 沖擊回波方法檢測(cè)橋梁 圖5 沖擊回波法檢測(cè)隧道 圖6 沖擊回波法檢測(cè)公路 圖7 表面波、沖擊回波法聯(lián)合檢測(cè)橋面 第11頁/共20頁 IES方法是在IE的基礎(chǔ)上，將固定的單個(gè)傳感器變?yōu)闈L動(dòng)傳感器，從而極大地加快了測(cè)試速度。IES掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的沖擊回波測(cè)試儀。如圖8所示，IE方法只有一個(gè)接收傳感器，每測(cè)試一點(diǎn)螺線管沖擊一次。而IES方法采用掃描式滾動(dòng)傳感器，并采用螺線管沖擊器進(jìn)行連續(xù)沖擊，極大地提高了檢測(cè)效率。 圖8左上角為IES系統(tǒng)，采用滾動(dòng)接收傳感器；右下角

11、為傳統(tǒng)IE系統(tǒng)，只有一個(gè)接收傳感器第12頁/共20頁 圖9 圖10圖9和圖10均為IES掃描式?jīng)_擊回波系統(tǒng)儀器。第13頁/共20頁（2）IES技術(shù)規(guī)格和參數(shù)： 1、測(cè)試厚度范圍：950cm； 2、測(cè)試精度：2（在已知厚度處標(biāo)定后）； 3、英制或公制顯示；4、測(cè)試時(shí)不需要耦合劑；5、測(cè)試時(shí)只需一個(gè)測(cè)試面；6、測(cè)試速度是慢速步行的速率；7、滾動(dòng)傳感器，每隔1 英寸（2.54cm ）進(jìn)行一次測(cè)量；8、對(duì)表面有油漆或粘結(jié)良好的瓷片，同樣可以測(cè)試；9、對(duì)板厚度或內(nèi)部缺陷可進(jìn)行三維成像，更直觀顯示缺陷。第14頁/共20頁（3）具有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 只需一個(gè)測(cè)試面2. 不需要耦合劑3. 測(cè)試迅速，每小時(shí)可測(cè)2

12、0003000 個(gè)點(diǎn)4. 檢測(cè)結(jié)構(gòu)可靠、準(zhǔn)確5. 可對(duì)結(jié)果進(jìn)行三維成像，快速、直觀顯示缺陷 。圖11至圖14為三維成像測(cè)試結(jié)果。圖11 厚度變化處的三維成像 圖12 板中蜂窩缺陷的三維成像 第15頁/共20頁圖13 預(yù)應(yīng)力管中未灌漿區(qū)域的缺陷成像 圖14 板中孔洞缺陷的三維成像IES不僅極大地提高了傳統(tǒng)沖擊回波的檢測(cè)速度，而且解決了檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管灌漿情況的大難題。實(shí)踐證明，IES方法是一種非?？煽?、有效的檢測(cè)方法，是混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)的一次突破 。必將為混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)起到非常積極的作用 。第16頁/共20頁六 PIES便攜式?jīng)_擊回波測(cè)試儀 PIES便攜式?jīng)_擊回波測(cè)試儀是目前世界上最輕便、測(cè)

13、試范圍最廣的沖擊回波系統(tǒng)，測(cè)試范圍達(dá)0.0510m。主要用于混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)，還被用于混凝土新舊結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制，它能計(jì)算出軸壓強(qiáng)度和混凝土的靜態(tài)彈性模量，PIES可用反射壓力波來判斷混凝土早期微小裂縫，以防止反復(fù)融凍和各種物理化學(xué)因素對(duì)混凝土成分和結(jié)構(gòu)造成的破壞進(jìn)一步擴(kuò)大。圖15 PIES便攜式?jīng)_擊回波儀第17頁/共20頁其產(chǎn)品特點(diǎn)：（1）首次真正意義上的便攜式?jīng)_擊回波系統(tǒng)，能用帶電池的掌上電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇和存儲(chǔ)；（2）首次在一個(gè)便攜式系統(tǒng)內(nèi)綜合實(shí)施沖擊回波技術(shù)；（3）首創(chuàng)具有帶壓力和頻率控制實(shí)用電子觸發(fā)多沖擊頭壓力波生成裝置；（4）運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)算法則判斷表面裂縫長(zhǎng)度（5）頻率范圍廣：1Hz100Hz，設(shè)計(jì)了一個(gè)體積小、成本低、信號(hào)數(shù)字化豐富的全新數(shù)字轉(zhuǎn)換器，傳輸率1G樣本/秒，它是唯一一個(gè)適合膝上和掌上電腦的信號(hào)轉(zhuǎn)換器；（6）首次能用回波技術(shù)測(cè)量到10米